Rührreibschweißen mit einem Industrieroboter unter Berücksichtigung der Einsatzkriterien für die automobile Großserienfertigung

The joining method "friction stir welding" allows production of reproducible high-quality welded joints of different aluminum alloys. This thesis shows that special machines and machine tools are preferably used because of high process forces being at work during the process of production. However, the use of standard industrial robots for friction stir welding as a more cost-effective and more flexible alternative is favored in large-scale automotive production. In the present thesis, performance characteristics of an industrial robot are first analyzed without processing forces. In this context, pose repeatability and path repeatability of industrial robots are quantified for different reference paths in the plane. In this context, it is noted that the robot satisfies the accuracy requirements of the welding process. However, when analyzing the interactions between the process and the robot structure, it becomes clear that the working accuracy of the industrial robot is significantly influenced by the resulting process forces during friction stir welding; without "reteaching" or offline correction of the programmed reference path, the mechanical properties of the welded joint are negatively affected by the lack of the industrial robots working accuracy. During the analysis, it can be demonstrated that the displacement of the tool not only depends on the resulting process forces, but is also significantly influenced by the direction of the vector of the path velocity during path welding. Within the analysis of the static and dynamic system properties of the industrial robot, it is shown that the nonlinear stiffnesses of the robot structure depend significantly on the joint positions and the loading direction. Based on the findings of the system analysis, a model-based offline path correction, that takes considers static compliances and interactions between process and industrial robot, will be developed.Das Fügeverfahren „Rührreibschweißen“ ermöglicht die Herstellung reproduzierbar hochwertiger Schweißverbindungen. Aufgrund der sehr hohen Prozesskräfte werden in der Produktion vorzugsweise Sonder- und Werkzeugmaschinen eingesetzt. In der automobilen Großserienfertigung wird jedoch der Einsatz von Standard-Industrierobotern für das Rührreibschweißen als kostengünstigere und flexiblere Alternative favorisiert. Im Rahmen der Arbeit werden die Leistungskenngrößen des Industrieroboters zunächst ohne Bearbeitungskräfte analysiert. In diesem Zusammenhang werden die Pose- und Bahn-Wiederholgenauigkeit des Industrieroboters an unterschiedlichen Referenzbahnen in der Ebene quantifiziert. Hier ist festzustellen, dass der Roboter den Genauigkeitsanforderungen des Schweißverfahrens genügt. Bei der Analyse der Wechselwirkungen zwischen Prozess und Roboterstruktur wird jedoch deutlich, dass die Arbeitsgenauigkeit des Industrieroboters durch die resultierenden Prozesskräfte beim Rührreib-schweißen signifikant beeinflusst wird; ohne ein „Nachteachen“ oder eine Offline-Korrektur der programmierten Soll-Bahn werden die mechanischen Eigenschaften der Fügeverbindung durch die mangelnde Arbeitsgenauigkeit des Industrieroboters negativ beeinflusst. Bei der Analyse kann nachgewiesen werden, dass die Abdrängung des Werkzeugs nicht nur von den resultierenden Prozesskräften abhängt, sondern auch signifikant durch die Richtung des Vektors der Bahngeschwindigkeit beim Bahnschweißen beeinflusst wird. Bei der Analyse der statischen und dynamischen Systemeigenschaften des Roboters wird gezeigt, dass die nichtlinearen Steifigkeiten der Roboterstruktur maßgeblich von den Gelenkstellungen und der Belastungsrichtung abhängen. Aus den Erkenntnissen der Systemanalyse wird eine modellbasierte Offline-Bahnkorrektur, die Nachgiebigkeiten und Wechselwirkungen zwischen Prozess und Roboter berücksichtigt, entwickelt

Physikbasierte mechanische Absicherung zur energieeffizienzorientierten Planung und Auslegung automatisierter Montageanlagen im Automobilbau

Die im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Methode soll einen Beitrag zu einer energieeffizienzorientierten Produktionsplanung der Automobilmontage leisten. Dafür werden automatisierte Montageanlagen der Automobilproduktion und deren Entwicklungs– bzw. Planungsprozess im Hinblick einer ganzheitlichen produktlebenszyklusphasenübergreifenden Wirtschaftlichkeitsbetrachtung fokussiert. Im Kontext des digitalen Anlagenabsicherungsprozesses werden die produktionsprozessbezogenen Energieverbräuche automatisierter Montageanlagen mit Hilfe der physikbasierten Simulation komponentenbasiert modelliert und in Form einer Energiesignatur für einen Montageprozess abgebildet. Energieeffizienzsteigernde Maßnahmen werden unter Beibehaltung produktionstechnischer Rahmenbedingungen in das digitale Anlagenmodell eingepflegt, wodurch eine Reduzierung der Betriebskosten (Energiekosten) bei konstanter Ausbringung angestrebt wird. Die Kapitalwertmethode wird dabei zur Feststellung der wirtschaftlichen Sinnhaftigkeit der energieeffienzsteigernden Maßnahme verwendet, um dem erhöhten Aufwand der Entwicklungsphase den Nutzen der geringeren Betriebskosten der Nutzungsphase gegenüberzustellen. Damit stellt die vorgestellte Methode eine Erweiterung der bisherigen Vorgehensweise der mechanischen Absicherung automatisierter Montageanlagen im Vorfeld der Virtuellen Inbetriebnahme dar und soll Anlagenentwicklern als Entscheidungsunterstützung bei der Gestaltung eines energieeffizienten Anlagendesigns dienen.This work introduces a novel methodology to promote energy-efficient manufacturing in production planning of automobile assembly. Digital design and production planning processes of automated assembly systems for automobile production are considered, complemented by holistic economic analyses encompassing the entire product lifecycle. Energy demands of assembly system components are projected by the use of physics-based modeling capabilities in virtual validation procedures, yielding an energy-signature of assembly operations. Measures for increasing energy efficiency are implemented in the virtual model of the automated assembly system while retaining significant production parameters, thus aiming to reduce operating cost in terms of energy cost while maintaining constant output. Net present value (NPV) determines measures’ economic sense and balances monetary benefits gained through energy savings in the assembly system’s operating phase in comparison to higher investment costs for increased design efforts in its development phase. The novel methodology enhances the state-of-the-art procedure of mechanical design validation preceding virtual commissioning of automated assembly systems for automobile production. The methodology aims to support design decisions facilitating energy-efficient designs of automated assembly systems in early system development phases

Die Technische Hochschule Ilmenau: eine sozialpolitische Studie

"Was bedeuten Reste der akademischen Freiheit", fragt der Bildungswissenschaftler Manfred Heinemann, "wenn die Handlungsebenen in der Institution und ihren Subeinheiten sich in einer parteilichen, sogar staatlich gesicherten Zwangsumklammerung verlieren? Was bedeuten hierbei die Hochschulreformen? Sind sie Auflösung von Hochschulkrisen, wie sie als Reflex von außen in den Staatsapparaten, Führungsebenen und dem Zentralkomitee der Staatspartei auf dem Weg zum Kommunismus gesehen und gehandhabt wurden?" Der Autor gibt Antworten aus dem Leben der 1953 gegründeten Hochschule für Elektrotechnik, die, und so lautet ein beliebtes Narrativ, im relativen Windschatten der SED ihren Kurs verfolgen konnte. Dieses Narrativ ist falsifiziert. Dabei erwiesen sich drei Phänomene von Festigkeit: der chronische Ressourcenmangel, der staatlich-normative Druck auf alle Kernbelange der Hochschule und der hohe Stellenwert der kommunistischen Erziehung. Dennoch war ihre Leistungsbilanz beeindruckend, besaß sie mit sechs Herausstellungsmerkmalen gar einen vorderen Platz in der Hochschullandschaft der DDR